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Ttulo da Apresentao

Autor

Escolha uma restrio e apague as outrasUso Exclusivo do(a) CTC ou Associada ou reaUso Exclusivo das Associadas ao CTCDivulgao Livre

GERAO DE ELETRICIDADE A PARTIR DA BIOMASSA DA

CANA-DE-ACAR

Divulgao Livre Divulgar a Fonte

Helcio M. Lamonica

BioeletricidadeA segunda revoluo energtica da cana-de-acar

Rio de Janeiro, 24 de novembro de 2005

Em 2004 a Em 2004 a CopersucarCopersucar abriu para o mercado abriu para o mercado nacional o seu Centro de Tecnologia, nacional o seu Centro de Tecnologia, constituindo o Centro de Tecnologia Canavieira.constituindo o Centro de Tecnologia Canavieira.

O O Centro de Tecnologia Canavieira Centro de Tecnologia Canavieira -- CTCCTC voltado a P&D de tecnologias para a produvoltado a P&D de tecnologias para a produo e o e transformatransformao da canao da cana--dede--aacar.car.

Atualmente mais de 114 associados compAtualmente mais de 114 associados compem o em o novo novo CTCCTC, representando 151 milh, representando 151 milhes t cana es t cana momoda e 1,7 10da e 1,7 1066 ha de ha de rea plantada, rea plantada, representando, respectivamente, 42% e 33% da representando, respectivamente, 42% e 33% da produproduo total do Brasil.o total do Brasil.

Centro de Centro de TecnologiaTecnologia CanavieiraCanavieira

Base: Base: safrasafra 2003/04 2003/04 -- AtualizadoAtualizado emem out/2005out/2005

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Fabricao de Acar e lcoolFabricao de Acar e lcool

Matria Prima Cana-de-acar

Tabela 1 - Composio mdia da cana-de-acar.

Composio Teor (%) gua 65 - 75 Acares 11 - 18 Fibras 8 - 14 Slidos solveis 12 - 23

3

Fluxograma Geral do Processo

ACAR

LCOOL ETLICO

FLUXOGRAMA DE PROCESSO - ACAR E LCOOL

Uso da Energia na UsinaUso da Energia na Usina

4

Energia Consumida na Usina Usina necessita de duas formas bsicas de

energia: Eletromecnica (acionamentos, iluminao,

etc.) Trmica (aquecimento, evaporao, cozimento,

etc.)

Como esta energia obtida ? Usina obtm toda energia trmica e

eletromecnica a partir da combusto do bagao.

Como ? Gera vapor a uma presso superior a necessria

no processo Este vapor expandido em turbinas a vapor

sendo convertido em energia mecnica/eltrica O calor rejeitado no escape das turbinas fornece

a energia trmica necessria ao processo

autosuficiente em energiaJ

5

Cenrio Mdio Atual (2001/02)

Presso de operao: 22 bar / 300 C Auto-suficiente em energia trmica e eltrica

Consumo de energia eltro-mecnica: 28 kWh/tc Consumo de energia trmica: 330 kWh/tc

(equivalente a 500 kg vapor / tc)

Sobra de bagao: 7 % No utiliza palha

Distribuio de Energia na Usina

BagaoTotal

580 kWh/tc(100%)

BagaoConsumido477 kWh/tc

(83%)

Bagao Reserva62 kWh/tc (10%)

Bagao Excedente41 kWh/tc (7%)

Energia TrmicaProcesso

330 kWh/tc (57%)

Perdas119 kWh/tc(21%)

EnergiaEletromecnica28 kWh/tc (5%)

Relao Potncia / Calor 0,085

6

Fluxograma Atual 22 bar

Bagao Caldeira

TG Contrapresso

Vapor 22 bar

Vapor 2,5 barProcesso

Turbinas AM

Operao s na safraSobra bagaoExportaomx E.E. 10 kWh/tcOtimizado

Potencial de Gerao de Energia Potencial de Gerao de Energia Eltrica do SetorEltrica do Setor

7

Produo de Cana-de-acar - Brasil

200220240260280300320340360380400

90/91

91/92

92/93

93/94

94/95

95/96

96/97

97/98

98/99

99/00

00/01

01/02

02/03

03/04

04/05

Mt

Fonte: www.unica.com.br, 1/03/2005

reas Cultivadas Cana-de-acar

Fonte: Sordi, R. CTC - 2005

http://www.unica.com.br

8

Imagem de Satlite ndice de Vegetao (NDVI)

Sensoriamento remoto imagens de satlite

Cana-de-acar na Regio Centro-sul

Fonte: Sordi, R. CTC - 2005

Produo Energia Primria BRASIL (%)

22Outras NR5136Petrleo + GN5338No Renovvel:

20031990

1729Outras R1617Produtos da cana1416Hidrulica4762Renovvel:

184108Total (milhes TEP)Fonte: BEN 2004

9

Cana

FOLHAS SECAS

PONTEIRO

FOLHAS VERDES

COLMO

Energia da Cana

1 TON DE CANA (COLMOS) Energia (MJ)

140 kg de acar 2 300 280 kg de bagao (50% umidade) 2 500 280 kg de palha (50% umidade) 2 500

TOTAL 7 300 (0.16 TEP)

360 milhes de toneladas de cana 58 milhes TEP

Nota: Consumo de energia primria no Brasil de 200 10 6 TEP/ano (BEN 2004)

10

Potencial Energtico - Resduos de Cana

Produo de cana (1)Produo de bagao (2)Produo de palha (2)Biomassa TotalTEP (3)

Mundo(106 t)1 320370370740158

Brasil(106 t)

36010110120243

Consumo Energia Primria no Brasil 200 106 TEP (BEN 2004)(1) Fonte: FAOSTAT 2004 p/ Mundo e UNICA p/ Brasil(2) 50% de umidade (3) base PCI 2 130 kcal/kg (BEN 2004)

Alternativas de Aproveitamento Energtico

Acar lcool

Fibra Energia Eltrica e/ou lcool

11

Balano Energtico da Produo e Processamento da Cana

Valores Mdios

8,3Produo/Consumo

2 087251Totais

168Excedente de bagao1 919Etanol produzido

49Indstria202Agricultura

Produo MJ/tc

Consumo MJ/tc

Fluxos Externos de Energia

Nota: Etanol de milho = 1,3 (USDA, 2002)Atualizao outubro 2003

Como aumentar a Exportao de Energia Eltrica em Cogerao ?

Aumentar a eficincia das turbinas a vapor Aumentar a presso do vapor vivo Uso de turbinas de extrao e contrapresso

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Convencional Cogerao Safra

Bagao Caldeira

TG Extrao e contrapresso

Vapor 82 bar

Vapor 22 bar

Vapor 2,5 barProcesso

Turbinas AM

Operao s na safraSobra bagaoExportaomx E.E. 40 kWh/tc

Evoluo da Exportao de EnergiaEltrica do Setor na rea da CPFL

3 10 7 17 26 27 4952 57 70 90 100 113

190

360

800

1400

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

GWh/year 6.1% do mercado da CPFL

Programa de cogerao da CPFL

~ 80% das Usinas do estado de So Paulo esto na rea da CPFL; o estado de So Paulo produz~ 60% da produo Brasileira de cana.Fonte:Xavier, B. (2004). Histrico da co-gerao com biomassa na CPFL

13

Gerao de Grandes Excedentes

Caldeiras de alta presso Turbogeradores de extrao e condensao Exportao de E.E. ano todo (safra e entre-

safra) Utilizar outros ciclos trmicos (gaseificao/

ciclo combinado) Reduzir consumo de vapor do processo Obter combustvel complementar

Uso da Palha da Cana-de-acar

14

Disponibilidade de Palha Produtividade mdia da cana: 82,4 t/ha Palha disponvel (base seca): 11,5 t/ha Palha % de cana (base seca): 14%

Obs.: Valores mdios para as variedades plantadas no Brasil Cana de ano e meio (mdia de 5 cortes)

Atualizao outubro 2003

Principais Caractersticas da Palha

- Umidade No corte : 50% Aps uma semana no solo : < 15%

- Poder calorfico inferior (PCI - kcal/kg) No corte : 1.800 Com 15% umidade : 3.100

- Teor de cinzas : < 5% base mida- Eficincia de enfardamento :> 70%- Custo aproximado (US$/t MS)

Processada no ponto de consumo : 18,49(US$ 1,28/MM BTU)

Obs.: do custo total US$ 8,00 /t MS (impactos agrcolas)

15

Impactos Agrcolas do Colcho de Palha

Positivos Proteo do solo contra

eroso Reduo da amplitude da

variao trmica Incentivo ao aumento da

atividade biolgica Aumento das taxas de

infiltrao de gua no solo Reduo da evaporao Controle de ervas daninhas

Negativos Riscos de incndio Dificuldade para execuo de

algumas operaes agrcolas Retardamento ou falha na

brotao (reduo produtividade)

Aumento das populaes de praga (cigarrinha)

Convencional Condensao ano todo

BagaoPalha

Caldeira

TG Extrao e condensao

Vapor 82 bar Vapor 22 bar

Vapor 2,5 barProcesso

Turbinas AM

Condensador

Torre de resfriamento

ExportaoE.E. 100 kWh/tc

16

BIG/GT ano todoBagaoPalha

TG Extrao e condensao

Vapor 82 barVapor 22 bar

Vapor 2,5 barProcesso

Turbinas AM

Condensador

Sistema deGaseificaoe Limpeza

de Gs

Caldeira de recuperao de

calor

TG a gs

Gs limpo

Torre de resfriamento

ExportaoE.E. 300 kWh/tc

Alternativas de Gerao em Usinas

MWGWh

3214 500110 000200 - 300< 340Ano todoBIG/GT

167 20054 000100 150340Ano todo80bar-480C

TG Condensao

65 50022 00040 60500Safra80bar-480C

TG Contrapresso

19003 6000 10500Safra22bar-300C

TG Contrapresso

% Consumo

Brasil

Potencial BrasilExcedente Energia kWh/tc

Consumo Processo

kgv/tcOperaoTecnologia

Obs.: Consumo residencial mdio 150 kWh/msConsumo nacional de energia eltrica 342 10 GWh/ano (BEN 2004)Moagem anual de 360 milhes de toneladas de cana

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Biodiesel - Integrao com Usina Acar e lcool

Integrao Biodiesel x Usina

Produo de Gros

Infraestrutura Agrcola

Logstica

Produode

Biodiesel

Vapor

Energia Eltrica

gua

At B100 frota

lcool

Biodiesel

Infraestrutura Industrial

18

Aspectos Econmicos 1 t de cana

0,40 a 1,2025 a 75 kg CO2 evitado (R$ 15 / t CO2)

5 a 1550 a 150 kWh (R$ 100 / MWh)

5680 l lcool (R$ 0,70 / l)

R$

Usina Moderna

Eletrificao de acionamentos Reduo do consumo de vapor de processo Colheita de cana sem queimar com

recolhimento de palha Uso do biogs Uso do gs natural Outros produtos

19

Produo de cana no Brasil

0

100

200

300

400

500

600

700

90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

Ano

Milh

es

de to

nela

das

Produo Estimativa

Expectativa de Crescimento

ComentriosHoje no Brasil existem

~320 usinas

Menos de 10%Exportam Energia Eltrica

600 MW (s safra)

Se 100% exportassem E.E. com a tecnologia comercial:4.000 MW (s safra, em cogerao, s bagao)

Potencial para 600 milhes de t de cana com a tecnologia comercial:6.000 MW (s safra, em cogerao, s bagao)

Como as novas usinas esto investindo na produo de E.E. ?

Por que ?

20

FIM

Obrigado !lamonica@ctc.com.brhttp://www.ctc.com.br

Legislao sobre queimaCronograma de Reduo da Queima Decreto Federal 2.661 e Lei Estadual 11.241

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

2002

2004

2006

2008

2010

2012

2014

2016

2018

2020

2022

2024

2026

2028

2030

2032

Federal Mecan.SP MecanizvelSP No Mecaniz.

mailto:lamonica@ctc.com.brhttp://www.ctc.com.br

21

Fonte: IDEA (1997 to 2002)

CTC (2003 to 2004)

Evoluo da colheita de cana sem queima (97 a 04)Evoluo da Colheita de Cana Sem Queimar

0,0%

5,0%

10,0%

15,0%

20,0%

25,0%

30,0%

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

So PauloCentro-Sul

PRODUTIVIDADE - BRASIL

40,00

45,00

50,00

55,00

60,00

65,00

70,00

75,00

80,00

85,00

75/76 80 90 97/98 00 04/05

tce

lts/h

ecta

re

2,503,003,504,004,505,005,506,006,507,007,50

m3/

hect

are

lts de lcool/tc tc/hectare m3 /hectare

Investimentos em tecnologias e pesquisa da ordem de US$40 miLhes/ano

Ganhos de produtividade

3,00 % a.a

5,66% a.a 1,83 % a.a 2,33 % a.a

1,90 % a.a

Aumento de Produtividade

22

PRODUO BRASILEIRA DE CANA, ACAR E LCOOL

Evoluo da Produo Brasileira de Cana, Acar e lcool

0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

70/7

1

72/7

3

74/7

5

76/7

7

78/7

9

80/8

1

82/8

3

84/8

5

86/8

7

88/8

9

90/9

1

92/9

3

94/9

5

96/9

7

98/9

9

00/0

1

02/0

3

Safra

Can

a x

103 (

t)

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

Au

car (

t ) e

lc

ool

(m3)

x

103

Cana Acar lcool Total

Balano Energtico das Alternativas

0,64517184333BIG/GT

0,4441023018080bar-480C TG Condensao

0,214203309080bar-480C TG Contrapresso

0,083583302822bar-300C TG Contrapresso

EM/ETotalTotalTrmicaEletromecnicaAlternativa

Energia til (kWh/tc)

23

Composio do Gs do BIG

48 %N2

6 %H2O

12 %H2

14 %CO2

15 %CO

4 %CH4

1 %C2H4

PCI 5,1 MJ/Nm3

% em volume base seca

Fluxograma BsicoSistema de Gaseificao

Resfriador

Filtro

Lavadorde

Gases

Gs limpopara a turbina

a gs

BagaoPalha

Gaseificador Craqueador

Secador

Gases de escapeda caldeira de recuperao

Gs

24

BIG/GT - Integrado Usina

G

Ar

guaVapor para

Usina

Bagao

Gaseificador

Palha

Gs

Gs exausto

BagaoPalha

SecadorTurbina a gs

Caldeira de RecuperaoConsumo:

37 t bag/h (U 50%) Produo:

16 MW + 72 tv/h - 22 bar / 300 C